7.1.1 面向过程观点

我们用一个简单程序来说明传统程序设计的思维方式。

【程序 7.1】eg7_1.py

  1. x = 1
  2. y = 2
  3. z = x + y 
  4. print z

到目前为止，我们在编程时基本上都是这样思考的：先用特定数据类型的常量或变量来 表示数据（如程序 7.1 中分别存入变量 x 和 y 的整数类型值 1 和 2），然后再利用合适的操作（如程序 7.1 中的加法运算“+”）按一定的步骤来处理数据。在这种思考方式下，数据和对 数据的操作被看作是分离的两件事情：数据只是信息的表示，不表达任何操作，在程序中处 于“被动”地位；而对数据的操作在程序中则处于“主动”地位，是驱动程序实现特定功能 的力量。程序 7.1 可视为用操作“+”主动地去处理被动的数据 x 和 y，从而实现加法功能。 图 7.1 以一个比喻来形象地展示这种观点：数据与操作之间的关系正如心与箭的关系——没 有丘比特的箭，两颗心是不会彼此连结的。

7.1.1 面向过程观点 - 图1

图 7.1 传统观点：数据与操作分离

在数据与操作分离的传统观点下，通常以算法过程的设计为主线来展开程序设计，故可称为以过程为中心的程序设计。以求解一元二次方程的程序 3.6 为例，数据（系数 a、b、c） 明确后，需要精心设计的是处理这些数据的操作过程：先计算判别式 b2-4ac，然后根据判别 式的值判断方程是否有解，有解的情况下再利用公式求解，最后输出结果。

在以操作为中心的设计理念下，程序中的数据有时对整个操作过程都是公开的，可以被 操作过程中的每个步骤访问、处理。例如，假设程序 7.1 的操作不是单一的加法，而是在加法操作（第 3 行）之后还有两个操作：

  1. w = x – y 
  2. z = z * w

可以看出，数据（x、y、z、w）对程序中所有的操作都是公开的。这时，程序中对数据的访问不受任何控制，非常容易出现错误的操作。

当然，实际的应用程序不会像程序 7.1 这样简单。复杂程序中不但数据复杂，而且对数 据的操作也非常复杂，所有操作可能形成漫长而曲折的过程。为了应付操作过程的复杂性， 按照第 4 章所介绍的模块化编程思想，可以将复杂操作过程组织成为若干个较小的模块—— 函数，每个函数实现一个相对简单的、单一的功能。例如下面这个“复杂”程序①：

【程序 7.2】eg7_2.py

  1. def op1(a,b):
  2.     return a * a - b * b
  3. def op2(a,b):
  4.     return a ** b + b ** a
  5. x = 1
  6. y = 2
  7. z = 3
  8. result1 = op1(x,y) 
  9. result2 = op2(x,z) 
  10. print result1 + result2

从一个更抽象的层次看，每个函数其实相当于一个操作。与程序 7.1 相比，程序 7.2 对 更多的数据（x、y、z）进行更复杂的操作：先执行 op1 操作，再执行 op2 操作，最后输出结 果。无论是程序 7.1 的简单操作“+”还是程序 7.2 的复杂操作“op1”、“op2”，它们都是“对 数据的操作”，仍然属于“数据与操作相互分离”的思考方式，整个程序仍然是对数据按一定 顺序执行操作的过程。

不过，作为高抽象级别操作的函数具有一定的访问控制能力。函数就像一个提供某种功 能的黑箱，使用者需要的只是它的功能，并不需要知晓它内部是如何实现功能的。函数内部 处理的数据不是对整个程序都公开的数据，一个函数不能访问另一个函数内部的数据。然而， 程序中仍然有一些全局数据是对所有操作（包括函数）公开的，仍然存在前述访问控制问题， 例如程序 7.2 中的两个函数 op1 和 op2 都在处理数据 x。

总之，不管程序是简单还是复杂，不管操作是语句级的还是函数级的，传统程序设计都 是按照数据与操作分离的观点，以过程为中心展开程序设计的。在这种面向过程的编程范型 中，强调的是对数据的操作过程，程序员思考的主要问题是数据如何表示、对各数据执行什 么操作以及各操作的先后顺序如何安排。当程序很复杂时，可以采用自顶向下设计和模块化 设计方法，将使用低级别操作的复杂过程设计成使用高级别操作的简单过程。

要指出的是，基于数据与操作分离观点的面向过程编程具有其内在的局限性，在处理某 些复杂问题和系统时显得不合适。例如，图形用户界面（GUI）程序②就不属于“对给定数据，

① 这个程序自然一点也不复杂，但不妨碍它可以用于说明复杂操作的问题。

② 详见第 8 章。

按特定次序对数据进行操作，操作完毕程序即告结束”的程序执行模式。以 Word 程序为例， 当启动 Word 打开文档（即程序数据）之后，接下去对数据如何操作呢？Word 程序并不知道 该做什么，它只能等在那里。接下去用户可能用键盘输入文本，也可能用鼠标点击菜单或工 具栏进行存盘或打印，总之用户需要通过某种交互事件来告诉 Word 程序该如何操作数据， 一个操作完成后 Word 又进入等待状态。可见，GUI 程序属于“先建立一个图形界面，然后 等待来自用户的不可预知的事件发生；事件发生后才导致执行某些操作，事件处理完毕又回 到等待状态”这样一种程序执行模式，程序从启动到结束的具体执行过程取决于事件发生的 顺序，不像传统程序那样预定义了执行顺序。

为了适应 GUI 程序这类没有明确的预定义操作次序、靠不确定的事件来驱动的程序和系 统的开发，提高开发效率和质量，计算机科学家提出了一种新的观点来看待数据与操作之间 的关系，即面向对象的观点。